蒸汽发生器监造中的焊接质量控制

赵素朝　张强　宋炜

【摘 要】蒸汽发生器是核电站一、二回路的枢纽，是一回路压力边界的关键设备之一，承担保持第二道安全屏障的完整性，其设备结构复杂，安全性极度重要。本文针对蒸汽发生器关键焊接工序，从设备监造的角度，对焊接质量控制要点进行了归纳总结，为后续蒸汽发生器设备监造提供参考。

【关键词】蒸汽发生器；监造；质量控制；焊接

1 蒸汽发生器简介

蒸汽发生器是核电厂一回路压力边界的关键设备之一，承担保持第二道安全屏障的完整性，又是一、二回路热量交换的转换设备。蒸汽发生器的可靠性对核电站的安全、经济运行起着举足轻重的作用。

目前国内核电站蒸汽发生器多为立式、自然循环、U型管式结构。主要包括下封头组件、传热管束组件、二次侧壳体、二次侧下部内件和上部内件等部件。各部件间的连接多为焊接结构，焊接质量决定着蒸汽发生器的整体质量。因此在蒸汽发生器监造过程中，加强焊接过程中的质量控制尤为重要。

2 蒸汽发生器焊接质量控制

质量控制主要是从影响质量的五个因素即人员、设备、原材料、方法及环境五个方面进行控制，质量控制的方式主要是事前控制、事中控制、事后控制。

焊接前：对焊工资格进行检查、对采用的焊接工艺评定的有效性进行检查，检查焊材规格、型号是否与工艺规程要求相一致，检查焊接工艺文件，包括预热规程、焊接工艺规程、焊后的去氢及中间热处理规程是否为有效版本；焊缝表面清洁，无油污等杂质；焊机、变位器或滚轮架经调试合格。对于有焊接见证件要求的焊缝，还应检查其见证件是否具备条件。

焊接中：开始焊接前要进行预热，达到规定温度后开始焊接，焊接过程中对各焊接参数进行检查（查记录或见证测量），包括预热温度、层间温度、焊接速度、焊接电流、焊接电压等。焊接中如有中断，要及时进行消氢处理。对手工电弧焊，还检查焊条的烘烤记录及现场保温情况。另外在焊接中还要注意对焊接件证件的质量控制。

焊接后：进行后热和焊后热处理过程的控制。

3 蒸汽发生器制造中几个关键的焊接工序

3.1 管板堆焊

管板690镍基合金带极堆焊技术是整个蒸汽发生器制造中的关键技术之一，堆焊质量的优劣将直接影响蒸汽发生器管板一次侧的耐腐蚀性及管子与管板间焊缝的综合性能。管板堆焊采用带极电渣堆焊及手工堆焊，堆焊面积大，堆焊中在相邻两道焊缝的搭接处易产生夹杂或未熔合等缺陷，在管板堆焊中，除了对焊工资格、焊材、焊接工艺文件及焊接过程参数检查控制外，还要注意以下几个方面的控制：

1）管板堆焊前对堆焊表面进行MT检查，确保焊接表面无缺陷；

2）对管板表面进行清洁去除油渍等杂物；

3）重点控制带级堆焊区焊接时的预热温度、层间温度及焊接速度；

4）管板堆焊层缺陷多出现在两道焊缝的搭接处，所以要求焊接人员检查上一道焊缝的边缘角度，如不合适要进行打磨并清理干净；

5）加强缺陷返修的控制，特别要注意打磨后的清理。

3.2 主环焊缝焊接

蒸汽发生器主环焊缝包括：管板与下封头、管板与筒体、上封头与筒体及筒体间的焊缝。主环焊缝采取窄间隙埋弧自动焊，窄间隙焊常应用于低合金钢厚壁容器，目前国内的窄间隙埋弧自动焊技术比较成熟，监造工作中主要从以下几个方面进行监督控制。

1）焊接前应检查坡口尺寸、错变量符合图纸要求；

2）检查焊接坡口及附近50mm内无锈渍、油渍等，渗透检查无裂纹等缺陷；

3）焊前预热符合焊接规程要求，一般控制在≥150℃；

4）焊接过程中检查各焊接参数应满足焊接工艺文件要求，焊接过程中层间温度一般控制在300℃以内。各焊接参数——焊接电流、焊接电压、焊接速度等与焊接工艺规程一致；

5）内侧焊缝进行清根时应彻底；

6）焊缝焊接完毕应立即进行消氢热处理，控制进炉温度、升/降温速率、保温温度和时间、冷却方式等与热处理工艺一致。

3.3 接管安全端焊接

蒸汽发生器一回路水进出口接管的安全端焊接是蒸汽发生器制造中的关键焊接工序。接管安全端焊接接头是先在接管管嘴上预堆焊镍基合金，然后在堆焊面上加工出坡口，用镍基合金焊材将不锈钢安全端焊接在接管嘴上。焊接方法一般采用自动TIG焊。安全端焊接是异种钢焊接，镍基合金可焊性较差，对材料的纯度要求高，如材料中存在微量的杂质元素，极易产生微裂纹。镍基合金在高温熔化状下，极易被氧化而产生低熔点的氧化物杂质，并且粘度较大，与焊接坡口面的亲合力较差，因此极易造成焊接的夹杂及未熔合缺陷。

根据安全端焊接这一特点，制造厂采用气体保护的自动TIG焊接方法，在焊接过程中我们主要从以下几个方面进行控制。

1）所使用焊丝的关键性能指标应考虑在标准或技术条件最低要求上增加一定的工艺裕度，如焊缝金属塑韧性指标，杂质元素含量控制及其它元素总含量控制等，并严格控制焊丝表面清洁度。

2）检查各焊接参数符合焊接规程的符合性，主要包括焊接电流、焊接电压、送丝速度、脉冲频率、层间温度等，特别注意对层间温度的控制。

3）安全端焊接受人的因素影响较大，所以焊接人员不但要有相应的资质，有较高的技术水平，还要有较强的责任心和质量意识。

4）钨极对焊接质量也有一定的影响，监造人员在见证过程中应注意抽查电极的烧损情况。

5）注意检查焊接环境，如焊接台位的防风、防冻措施。

6）注意焊接过程中的清洁度检查控制，如每一焊道表面的硬质氧化层应打磨干净，并用丙酮清理干净。

7）安全段焊接是先焊外部焊缝，内侧清根。监造中注意清根检查控制，要保证坡口尺寸和光洁度。

总的来说，安全端焊接难度高，可调范围窄，缺陷产生的因素是综合性的，在蒸汽发生器安全端焊接中都出现过缺陷。所以要充分分析影响焊接质量的各个因素，加以控制。

3.4 管子管板焊接

蒸汽发生器管子管板焊接采用不加焊丝的全位置自动气体保护焊，焊接中直接熔化管子与管板堆焊层进行焊接。焊缝考核要求主要有：外观成形，焊缝尺寸（焊接区管子内径），最小泄漏通径，焊接接头金相和晶间腐蚀试验。

管子管板焊接中除了焊工资质、焊接工艺文件的审查外，还要做好以下几个方面的控制：

1）焊缝区域清洁度控制；

2）蒸汽发生器管子管板焊接前在试件上进行试焊，目视及尺寸检查合格后才允许焊接产品；

3）按规程要求焊接见证件，并进行尺寸及目视检查；

4）焊接参数控制，主要包括：起弧位置、焊接脉冲频率、脉冲电流及宽度、电极位置（钨极距管板表面距离）、机头旋转方式；焊后气保护时间，保护气体纯度及气体流量；

5）焊缝目视检查：焊缝外观应一致、均匀，且没有气孔、裂纹、凹槽、未融合、夹杂过焊等缺陷；

6）焊缝尺寸检查：测量管子焊口内径符合图纸要求；

7）管子管板焊缝焊的外观成形与颜色与钨极有很大的关系，所以在接过程中要及时检查钨极并更换。

4 结束语

目前，核电蒸汽发生器制造基本实现国产化，但国内制造厂的质保力量普遍较弱。本文通过归纳总结的方法，对蒸汽发生器制造中的几个关键焊接工序的控制要点进行了介绍。在蒸汽发生器的监造中，监造人员要合理运用监造手段，加强对设备制造中的质量控制，确保蒸汽发生器制造质量。

【参考文献】

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[2]唐伟宝.秦山二期600MW蒸汽发生器制造[J].南宁：2004年中国核能论坛，2004：156-169.

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[责任编辑：汤静]